Beschreibung

Verfahren zum Transportieren von Werkstückträgern in einer Montagelinie, Werkstückträger und Montageeinheit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transportieren (Bewegen) von Werkstückträgern in einer Montagelinie. Sie betrifft auch einen neuartigen Werkstückträger und eine neuartige Montageeinheit (Montagezelle) .

Eine Montagelinie besteht grundsätzlich aus einer Mehrzahl von Montageeinheiten, beispielsweise Montagezellen. Im Stand der Technik transportiert ein Transportband Werkstückträger von Montagezelle zu Montagezelle. In dem Werkstückträger sind Werkstücke gehalten. Die Werkstücke werden in jeder Montage ^¬ zelle bearbeitet. Eine Montagezelle umfasst in der Regel zu ^¬ mindest eine Bearbeitungseinheit. In einer Montagezelle wer ^¬ den üblicherweise ein bis vier, typischerweise zwei Ferti ^¬ gungsschritte durchgeführt. Auch innerhalb der Montagezelle transportiert das Transportband den Werkstückträger mit den Werkstücken von Bearbeitungseinheit zu Bearbeitungseinheit.

üblicherweise ist das Transportband durchlaufend gestaltet und bewegt sich gleichmäßig. Naturgemäß muss zur Durchführung eines Fertigungsschritts in einer Bearbeitungseinheit verhin ^¬ dert werden, dass sich der Werkstückträger auf dem Transportband weiterbewegt. üblicherweise sind hierzu zwei Stufen vor ^¬ gesehen: An einer Empfangsseite der Bearbeitungseinheit sind elektrische oder pneumatisch betätigte Stopper angebracht. Entweder werden mit Hilfe dieser Stopper die Werkstückträger von dem Transportband abgehoben. Alternativ werden sie mechanisch so blockiert, dass der bisherige Kraftschluss der Werk ^¬ stückträger mit dem Transportband aufgehoben wird und sich das Transportband unter den Werkstückträgern weiterbewegt, während diese angehalten werden.

Durch die Stopper ist gewährleistet, dass einlaufende Werk ^¬ stückträger vor der Bearbeitungseinheit anhalten. Es gelangt

nur jeweils ein Werkstückträger in die Bearbeitungseinheit. Die anderen Werkstückträger warten in einem Abstand von der Bearbeitungseinheit, bis der aktuelle Fertigungsschritt been ^¬ det ist. Während der gesamten Zeit läuft das Transportband mit konstanter Geschwindigkeit weiter. Von der Empfangsseite wird nun der Werkstückträger in eine Bearbeitungsstellung der Bearbeitungseinheit überführt. Entweder wird hierbei wieder das Transportband eingesetzt. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Greifarm o. ä. den Werkstückträger in die Bearbei- tungsstellung verbringt. Um den Werkstückträger in der Bearbeitungsstellung zu halten, sind besondere mechanische Ele ^¬ mente wie beispielsweise Fixierstifte vorgesehen, die eben ^¬ falls elektrisch oder pneumatisch angetrieben werden müssen.

In der Bearbeitungsstellung kann eine präzise Bearbeitung des Werkstücks erfolgen. Eine präzise Regelung der Position des Werkstückträgers ist jedoch im Stand der Technik nicht mög ^¬ lich. Bisher wird das Werkzeug mit einer servo-angetriebenen Bewegungsachse ausgerüstet, um Bewegungen in Transportrich- tung des Transportbandes machen zu können.

Die Verwendung elektrischer oder pneumatisch betätigter Stopper sowie der Elemente zur Fixierung des Werkstückträgers in der Bearbeitungseinheit ist mit relativ viel Aufwand verbun- den. Elektrisch oder pneumatisch betätigte Bauteile sind störanfällig. Ihre Fehler können auch nur schwer über Software simuliert und analysiert werden. Tritt ein Fehler auf, so muss dieser in der Regel vom Wartungspersonal mühsam ge ^¬ sucht werden.

Das System ist relativ inflexibel, was eine Umrüstung einzel ^¬ ner Montagezellen erschwert. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn unter Verwendung eines Grundaufbaus der Monta ^¬ gelinie unterschiedliche Produkte jeweils in nicht allzu ho- hen Stückzahlen zu fertigen sind, so dass häufige Umbauten erforderlich sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Transportieren von Werkstückträgern in einer Montagelinie bereitzustellen, das flexibler ist, mit wenig Wartungsaufwand verbunden ist und dennoch möglichst genau und mit hohen Geschwindigkei- ten ablaufen kann.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, ein Werkstückträger gemäß Patentanspruch 7 und eine Montageeinheit gemäß Patentanspruch 9 bereitgestellt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass moderne Linear ^¬ motoren in Montagelinien eingesetzt werden können. Moderne Linearmotoren weisen ein Primärteil auf, in das nicht nur die Magnetspulen, sondern auch die Dauermagneten integriert sind. Der Magnetfluss wird jeweils zum Sekundärteil geführt, ohne dass das Sekundärteil selbst dauermagnetisch sein müsste. Zur Bereitstellung eines Sekundärteils genügt eine weichmagneti ^¬ sche Platte mit einer Mehrzahl von gleichmäßig beabstandeten Aussparungen. Erfindungsgemäß wird der Werkstückträger mit einer solchen Platte versehen, wobei diese an beliebiger

Stelle angebracht sein kann, solange nur die Wechselwirkung mit dem Primärteil durch den Gesamtaufbau gewährleistet ist.

Es muss das Primärteil nur noch passend angesteuert werden. Unter „Ansteuerung" für das Primärteil kann hierbei sowohl die direkte Zufuhr von Speiseströmen für die Magnetspulen verstanden sein als auch bei etwas komplizierterem Aufbau die Zufuhr von Steuersignalen zur Verarbeitung durch eine Computer-Steuereinheit, die nachfolgend entsprechende Stromsignale für die Magnetspulen hervorruft. Anders als bei Linearmoto ^¬ ren, in denen im Sekundärteil Dauermagnete vorgesehen sind, erlaubt es die vorliegende Erfindung der Verwendung des mo ^¬ dernen Linearmotors, Werkstückträger in beliebigen Montagelinien zu transportieren, auch dort wo metallische Späne anfal- len. Wäre der Werkstückträger dauermagnetisch, so wäre letzteres nicht möglich. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Werkstückträger auch in Arbeitsbereichen, in denen keinerlei Magnetismus herrschen darf, eingesetzt werden.

Der erfindungsgemäße Werkstückträger unterliegt keinen Einschränkungen. Er kann mit Ausnahme von der weichmagnetischen Platte beliebig geformt sein. Pro Werkstückträger können bei ^¬ spielsweise auch mehrere Werkstücknester aufgesetzt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform übernimmt das Primärteil im Zusammenwirken mit dem Werkstückträger als Sekundärteil die Funktion des oben genannten Stoppers. Mit anderen Worten wird das Primärteil so angesteuert, so dass es einen auf dem Transportband an einer Empfangsseite der Bearbei ^¬ tungseinheit einlaufenden Werkstückträger anhält. Durch den Wegfall des Stoppers ist eine Quelle von Fehlern beseitigt. Der Linearmotor selbst ist weniger fehleranfällig. Die War ^¬ tungskosten sind reduziert, da der Linearmotor praktisch war- tungsfrei ist. Fehler im Prozessablauf können über die Soft ^¬ ware simuliert und analysiert werden. Das System ist insge ^¬ samt flexibler, denn die gesamten Bewegungsabläufe sind pro ^¬ grammierbar .

So ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform möglich, dass das Primärteil den einlaufenden Werkstückträger nicht einfach nur zum sofortigen Stoppen bringt, sondern dass die Geschwindigkeit des Werkstückträgers kontinuierlich, beispielsweise linear, auf Null geführt wird. Hierbei kann das Primärteil bewirken, dass der Werkstückträger sehr sanft von der Eingangsgeschwindigkeit auf Null abgebremst wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ersetzt das Primärteil auch die mechanischen Elemente, die bisher den Werkstückträger von der Empfangsseite der Bearbeitungseinheit in die Bearbeitungsstellung überführt haben. Fixierstifte etc. entfallen, weil das Primärteil den Werkstückträger in der Bearbeitungsstellung alleine festhalten kann. Es ist dann nicht mehr unbedingt notwendig, dass der Werkstückträger an der Empfangsseite angehalten wird.

Bei der genannten bevorzugten Ausführungsform entfallen somit weitere Bauteile, die im Stand der Technik für Störanfällig ^¬ keit sorgten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bewegung des Sekundärteils (Werkstückträgers) durch das Primärteil des Linearmotors nicht nur gesteuert, sondern auch geregelt. So wird insbesondere zum Verbringen des Werkstückträgers in zu ^¬ mindest eine Sollposition (z. B. bei der oben genannten über- führung des Werkstückträgers in die Bearbeitungsstellung) zumindest eine Messgröße betreffend eine Position und/oder Ge ^¬ schwindigkeit des Werkstückträgers ständig oder wiederholt ermittelt. Diese Messgröße wird (als Ist-Signal) bei einer Regelung von Ansteuersignalen für das Primärteil eingesetzt. (Hierbei wird das Vorhandensein einer entsprechenden Computereinheit vorausgesetzt.)

Mit Hilfe der Regelung ist eine hochexakte Positionierung des Werkstückträgers in eine bestimmte Stellung ermöglicht. Die hierbei erzielbare Genauigkeit ist um einen Faktor 10 höher als bei den mechanisch-pneumatischen Lösungen gemäß dem Stand der Technik.

Die Vorteile der Verwendung von einem Primärteil mit dem er- findungsgemäßen Sekundärteil-Werkstückträger sind so zahlreich, dass bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ganz auf das Transportband verzichtet wird. Stattdessen er ^¬ folgt in der Montagelinie der Transport von Werkstückträgern ausschließlich unter Einsatz von Primärteilen. Naturgemäß muss dann eine ununterbrochene Kette von Primärteilen entlang der gesamten Montagelinie vorgesehen sein, auch zwischen verschiedenen Bearbeitungseinheiten in den Montagezellen und zwischen den einzelnen Montagezellen (bzw. an deren übergang) . Der hiermit verbundene Aufwand kann aber lohnend sein, weil durch die ausschließliche Verwendung von Linearmotor- Primärteilen nur noch ein Transportsystem vorhanden ist, das im Vergleich zum Transportband wenig störanfällig ist.

Die an dem erfindungsgemäßen Werkstückträger vorhandene (weichmagnetische) Platte weist, wie bereits erwähnt, eine Mehrzahl von gleichmäßig beabstandeten Aussparungen auf, die bevorzugt auch gleichartig sind, insbesondere alle (von den Rand-Aussparungen abgesehen) gleichgeformt sind.

Die Platte kann hierbei senkrecht von einer Grundplatte nach oben wegstehen, gewissermaßen als (alleinstehende) Wand des Werkstückträgers .

Bevorzugt sind an dem Werkstückträger (z. B. an der Platte parallel zu den Aussparungen) regelmäßig beabstandete Markie ^¬ rungen vorgesehen. Diese Markierungen dienen der Erkennung durch einen Positionsmesssensor. Beispielsweise kann es sich um kleine Aussparungen handeln, die mit einem reflektierenden Farbanstrich versehen sind, um Licht von einem Laserstrahl oder einer LED zu reflektieren.

Ein Aspekt der Erfindung ist auch eine Montageeinheit (z. B. Montagezelle) zur Verwendung in einer Montagelinie. Eine sol ^¬ che Montageeinheit weist eine Bearbeitungseinheit auf und ist gekennzeichnet durch zumindest ein Primärteil eines Linearmo ^¬ tors, welches eine Mehrzahl von Magnetspuren und Dauermagne ^¬ ten umfasst.

Das Primärteil sollte passend positioniert sein. Beispiels ^¬ weise weist die Montageeinheit ein durchgehendes Transport ^¬ band auf, wobei unter durchgehend zu verstehen ist, dass es an einer Eingangsseite Werkstückträger von einer benachbarten Montageeinheit aufnimmt und an einer Ausgangsseite an eine weitere benachbarte Montageeinheit abgibt. Das Primärteil sollte dann so an dem Transportband positioniert sein, dass es die Geschwindigkeit eines auf dem Transportband einlaufen ^¬ den Sekundärteil-Werkstückträgers der erfindungsgemäßen Art ändern kann.

Das Primärteil sollte auch so positioniert sein, dass es den Werkstückträger in eine Bearbeitungsstellung der Bearbeitungseinheit verbringen kann.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin ^¬ dung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der:

FIG 1 ein Verfahren zum Transportieren von Werkstücken in einer Montagelinie gemäß dem Stand der Technik veran- schaulicht;

FIG 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkstückträgers ist;

FIG 3 eine perspektivische Ansicht des Inneren einer Monta ^¬ gezelle mit einem Primärteil, dem in FIG 2 veranschau ^¬ lichten Werkstückträger als Sekundärteil und einem Transportband zeigt; und

FIG 4 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Montagezelle veranschaulicht.

FIG 1 veranschaulicht das Innenleben einer Montagezelle gemäß dem Stand der Technik, in dem ein Transportband 10 eine Mehr- zahl von Werkstückträgern 12 mit Werkstücken 14 zu einer Bearbeitungseinheit 16 transportiert und von dieser weg. Die Bearbeitungseinheit 16 weist ein bewegliches (siehe Pfeile) Werkzeug 18 auf.

An einer Empfangsseite der Bearbeitungseinheit 16 im Innern der Montagezelle ist ein mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Stopper 20 angeordnet. Dieser wirkt mechanisch auf einen ankommenden Werkstückträger 12 ein, um zu verhindern, dass dieser in eine Bearbeitungsstellung einfährt, in der sich momentan ein Werkstückträger 12' mit Werkzeug 14' befindet. Der Stopper 20 hält üblicherweise den Werkstückträ ^¬ ger 12 fest, und das Transportband 10 gleitet unter dem Werk ^¬ stückträger 12 hindurch.

In der Bearbeitungsstellung wird der Werkstückträger 12' mit dem Werkstück 14 mit Hilfe von Fixierstiften 22 festgehalten. Damit kann das Werkzeug 18 auf das Werkstück 14' einwirken, die eigentliche Bearbeitung kann stattfinden.

Die Verwendung von Stopper 20 und Fixierstiften 22 ist mechanisch aufwendig und häufig Quelle von Störungen.

Die Erfindung ersetzt Stopper 20 und Fixierstifte 22 durch eine Linearmotor-Anordnung.

Voraussetzung hierfür ist, dass ein Werkstückträger 24 bereitgestellt wird, der als Sekundärteil für einen Linearmotor mit primärteilseitig angeordneter Erregung fungiert. Ein Li- nearmotor besteht aus einem Primärteil, das im Wesentlichen die Rolle des herkömmlichen Stators übernimmt, und dem Sekun ^¬ därteil, das die Rolle eines herkömmlichen Rotors übernimmt. Im Unterschied zu herkömmlichen Linearmotoren weist das Primärteil nicht nur Magnetspulen auf, sondern auch eine Mehr- zahl von Dauermagneten. Hingegen weist das Sekundärteil 24 keine Dauermagneten auf. Stattdessen ist an dem Sekundärteil, nämlich dem Werkstückträger 24 eine Platte 26 vorgesehen, welche vorliegend von einer Grundplatte 27 des Werkstückträ ^¬ gers 24 senkrecht hoch steht, gewissermaßen als „Seitenwand". Die Platte 26 besteht aus weichmagnetischem Material, bei ^¬ spielsweise geeignetem Stahlmaterial, und weist eine Mehrzahl von Aussparungen 28 auf. Die Aussparungen 28 sind regelmäßig voneinander beabstandet, wobei die Aussparungen vorliegend geringfügig breiter sind als zwischen ihnen befindliche Stege 30. Vorliegend haben die Aussparungen 28 die Form von abge ^¬ rundeten Rechtecken, es sind aber andere Formen denkbar. Verwiesen sei diesbezüglich auf Veröffentlichungen zum Linearmotor mit primärteilseitig angeordneter Erregung mit früherem Zeitrang.

Die Aussparungen 28 mit den dazwischen befindlichen Stegen 30 vermitteln die eigentliche magnetische Wechselwirkung. Dies ist in FIG 3 zu erkennen: Das Primärteil ist hierbei als

länglicher Kasten 32 dargestellt. Wesentlich ist, dass dieser längliche Kasten eine Wirkfläche 34 hat, aus der von Mag ^¬ netspulen und Dauermagneten im Innern des Primärteils 32 erzeugter Magnetfluss austritt und mit dem Sekundärteil 24 wechselwirkt. Die Abstände zwischen den Aussparungen 28 des Werkstückträgers 24 entsprechen hierbei typischerweise Bauab ^¬ ständen von Spulen und Dauermagneten im Innern des Primärteils 32 (in FIG 3 nicht gezeigt) .

Der Werkstückträger 24 weist abgesehen von der Platte 26 in herkömmlicher Weise zwei sogenannte Werkstücknester 36 auf, die jeweils Haltenuten 38 zum Fixieren eines (oder zweier) Werkstücke aufweisen. Als Besonderheit ist noch zu erwähnen, dass in der Platte 26 zusätzlich zu den Aussparungen 28 wei- tere Aussparungen oberhalb der Aussparungen 28 vorgesehen sind, die in der Figur mit 40 bezeichnet sind. Die Aussparun ^¬ gen 40 dienen als Markierungen für ein sogenanntes Linearmesssystem, das in FIG 3 verdeckt dargestellt und dort mit 42 bezeichnet ist. Das Linearmesssystem 42 umfasst Lichtsignal- geber und Sensoren, die messen, ob ein Lichtsignal zurückre ^¬ flektiert wurde. Bewegt sich der Werkstückträger, so bewegen sich auch die Aussparungen 40. Abwechselnd wird ein Lichtsig ^¬ nal zurückreflektiert und dann wieder nicht. Eine entspre ^¬ chende Computereinheit (nicht gezeigt) „weiß" aufgrund einer Zählung, die wievielte Aussparung 40 sich gerade an dem Line ^¬ armesssystem 42 vorbeibewegt hat, so dass die Position des Werkstückträgers genau erfassbar ist. Alternativ zur Verwendung von Lichtsignalen kann das Linearsystem auch magnetisch (induktiv) arbeiten.

Der Werkstückträger wird normalerweise auf einem Transport ^¬ band 44 bewegt. In FIG 4 ist eine Montagezelle veranschau ^¬ licht, wie sie einer typischen Bauform entspricht. Aus Grün ^¬ den der leichteren Veranschaulichung ist ein Tisch 45 mit ei- nem Primärteil 32 als der hier geöffnet gezeigten Montagezel ^¬ le, die im Ganzen mit 46 bezeichnet ist, entnommen gezeigt. Die Montagezelle 46 weist eine Eingangsseite 47 und eine Aus ^¬ gangsseite 48 auf. Der Aufbau ist dergestalt, dass eine bau-

gleiche Montagezelle 46 direkt daneben gestellt werden könn ^¬ te, so dass die Eingangsseite 47 der einen Montagezelle in Fortsetzung der Ausgangsseite 48 der anderen Montagezelle an ^¬ geordnet ist. Ein entsprechendes Transportband 44 transpor- tiert einen Werkstückträger somit von Montagezelle 46 zu Mon ^¬ tagezelle 46. Im Innern befindet sich nun eine Bearbeitungs ^¬ einheit. Eine solche ist der einfacheren Darstellung wegen in FIG 4 nicht gezeigt. In Analogie zu FIG 1, wo die Bearbei ^¬ tungseinheit 16 gezeigt ist, werden nun Werkstückträger 24 mit Hilfe des Transportbands 44 zu einer Empfangsseite der Bearbeitungseinheit transportiert. Dort befindet sich das Primärteil 32. Gelangt somit der Werkstückträger 24 über die Eingangsseite 47 der Montagezelle 46 zur Empfangsseite der (nicht gezeigten) Bearbeitungseinheit, entsteht die in FIG 3 dargestellte Situation, dass die Platte 26 mit der Wirkfläche 34 des Primärteils 32 zusammenwirken kann. Das Primärteil 32 wird entsprechend angesteuert und bewirkt ein Abbremsen des Werkstückträgers 24 im Vergleich zur Geschwindigkeit des Transportbands 44. Mit anderen Worten übernimmt das Primär- teil 32 die Aufgabe der Bewegung bzw. des Transports des

Werkstückträgers 24, während das Transportband 44 ungehindert weiterläuft. Der Werkstückträger 24 wird als Sekundärteil dann beispielsweise in die in FIG 3 gezeigte Stellung ver ^¬ schoben. Dies kann die Bearbeitungsstellung sein. Zur exakten Positionierung kann hierbei das Linearmesssystem 42 eingesetzt werden: Es wird die jeweilige Position des Werkstück ^¬ trägers 24 gemessen, gegebenenfalls auch dessen Geschwindig ^¬ keit, und in Abhängigkeit hiervon werden entsprechende Steu ^¬ ersignale für das Primärteil 32 erzeugt, so dass der Werk- stückträger 24 entsprechend präzise positioniert wird.

Bei der Montagezelle 46 gemäß FIG 4 gelangt der Werkstückträ ^¬ ger somit in eine Bearbeitungsstellung, wo ein auf dem Werkstückträger 24 befindliches Werkstück (nicht gezeigt) bear- beitet werden kann. Wie FIG 4 zu entnehmen, sind zwei Einhei ^¬ ten nach Art des Tischs 45 in der Montagezelle 46 vorgesehen. Dementsprechend sind auch zwei Bearbeitungseinheiten (nicht gezeigt) vorgesehen. Bei jeder Bearbeitungseinheit ist ent-

sprechend ein Primärteil 32 bereitgestellt. Zwischen den Pri ^¬ märteilen 32 wird der Werkstückträger 24 mit Hilfe des Transportbands 44 bewegt. Das Transportband 44 bewegt schließlich den Werkstückträger auch wieder aus der Montagezelle 46 her- aus (über den Ausgang 48) .

Der Vollständigkeit halber sei nur erwähnt, dass ein zweites Transportband 44' vorgesehen ist, welches zum Rücktransport des Werkstückträgers 24 an den Ausgangsort dient (wobei beim Rücktransport mit Hilfe des Transportbands 44' keine weiteren Bearbeitungseinheiten mehr angefahren werden) . Die jeweils letzte Montagezelle 46 ist mit einem U-förmigen Stück Trans ^¬ portband verbunden, welches das Transportband 44 mit dem Transportband 44' verbindet. Daher handelt es sich bei dem Transportband 44 und dem Transportband 44' genauer genommen um ein und dasselbe Transportband, das sich durchlaufend fortbewegt .

Ein Vergleich zwischen FIG 1 und FIG 4 macht deutlich, dass die Erfindung auf den Stopper 20 und die Fixierelemente 21 verzichtet und stattdessen das Primärteil 32 einsetzt. Das Primärteil 32 ist wesentlich weniger wartungsbedürftig und deutlich weniger fehleranfällig als die mechanischen oder pneumatischen Bauteile 20, 22.

In einem nächsten Schritt kann auch das Transportband 44 vollständig entfallen, und der Werkstückträger 24 kann vollständig mit Hilfe von Primärteilen 32 transportiert werden, die dann naturgemäß direkt nebeneinander in einer lückenlosen Folge angeordnet werden müssen.

Die Verwendung eines Primärteils 32 hat auch den Vorteil, dass der Werkstückträger genau positioniert werden kann. Die gesamte Anordnung kann leicht unter Verwendung einer Compu- tereinheit 50 gesteuert werden (vgl. FIG 4) .